본 연구는 선박용 프로펠러 주물 생산을 위한 후란주형 설계 및 가공 시스템을 개발하였다. 대형 선박용 프로펠러는 시멘트 혹은 후란 소재로 상형 및 하형 주형을 제작하고, 주조를 통해 소재를 제작한다. 이후 주물소재에 대한 일련의 기계가공 및 사상을 거쳐 제품을 완성한다. 기존 후란주형은 수작업을 통한 조형을 통해 제작되므로 세부 공정이 많아질뿐더러, 상당한 소재여유가 존재함으로써 기계가공 및 사상 공수가 증가한다. 이에 따라 후란주형의 제작 정밀도를 향상하고, 생산과정의 표준화 및 생산성 향상을 위해 설계 소프트웨어 및 6축 로봇을 이용한 후란주형 제작 시스템을 개발하였다.
본 연구는 선박용 프로펠러 주물 생산을 위한 후란주형 설계 및 가공 시스템을 개발하였다. 대형 선박용 프로펠러는 시멘트 혹은 후란 소재로 상형 및 하형 주형을 제작하고, 주조를 통해 소재를 제작한다. 이후 주물소재에 대한 일련의 기계가공 및 사상을 거쳐 제품을 완성한다. 기존 후란주형은 수작업을 통한 조형을 통해 제작되므로 세부 공정이 많아질뿐더러, 상당한 소재여유가 존재함으로써 기계가공 및 사상 공수가 증가한다. 이에 따라 후란주형의 제작 정밀도를 향상하고, 생산과정의 표준화 및 생산성 향상을 위해 설계 소프트웨어 및 6축 로봇을 이용한 후란주형 제작 시스템을 개발하였다.
A furan mold design and machining system for marine propeller casting was developed. In general, a large marine propeller is produced by casting in a foundry, where the upper and lower molds are constructed of cement or other materials like furan. Then, the cast workpiece is machined and manually gr...
A furan mold design and machining system for marine propeller casting was developed. In general, a large marine propeller is produced by casting in a foundry, where the upper and lower molds are constructed of cement or other materials like furan. Then, the cast workpiece is machined and manually ground. Currently, furan mold construction requires a series of manual tasks. This introduces a fairly large amount of stock allowances, which require a considerable number of man-hours for later machining and grinding, and also increase the work processes. A mold design and off-line robot programming software tool with a six-axis robot hardware system was developed to enhance the shape accuracy and productivity. This system will be applied in a Korean ship building company.
A furan mold design and machining system for marine propeller casting was developed. In general, a large marine propeller is produced by casting in a foundry, where the upper and lower molds are constructed of cement or other materials like furan. Then, the cast workpiece is machined and manually ground. Currently, furan mold construction requires a series of manual tasks. This introduces a fairly large amount of stock allowances, which require a considerable number of man-hours for later machining and grinding, and also increase the work processes. A mold design and off-line robot programming software tool with a six-axis robot hardware system was developed to enhance the shape accuracy and productivity. This system will be applied in a Korean ship building company.
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문제 정의
본 연구는 선박용 프로펠러 주물 생산을 위한 후란주형 설계 및 가공 시스템을 개발하고 적용하였다. 본 시스템 구축을 통하여, 목형제작과 설치에 필요한 비용 및 시간절약, 주형 설계 및 후란 피삭재 표준화를 통한 생산과정 표준화 및 관련 작업 간소화, 자동화된 가공을 통한 제작 정밀도 향상 등의 효과를 기대하게 되었다.
제안 방법
3에 보이고 있다. 6축 다관절 로봇, 연장바(extension bar), 주축 스핀들(spindle), 절삭공구로 하드웨어를 구성하였다. 또한 주형 설계 및 모델링, 로봇 가공 프로그램 생성 및 시뮬레이션(OLP: off-line programming)을 수행하는 별도의 소프트웨어를 구현하였다.
가공 중 공구축 방향은 z축 또는 지정된 고도각/방위각 (α,β)을 유지하도록 하였다.
익탕로는 주조 과정에서 주물의 이동에 중요한 역할을 하는 부위로서 하형 주형에만 적용한다. 가공경로는 에지 가공과 유사하며, 보스 부위 쪽을 50mm 가량과 절삭함으로써 기능에 충실하도록 하였다.
4)를 이용하여 후란 가공을 수행한다. 가공공정은 크게 황삭가공(rough-cut), 정삭가공(finish-cut), 잔삭가공(clean-up cut)으로 구분 하였으며, Fig. 12에 영역 별 적용공구, 가공방식, 가공방향 등의 특징을 정리하였다. 세부 공정 별 가공데이터 생성 방식은 4.
공구경로(tool-path) 방향은 황삭의 경우 직선경로(Cartesian)이며, 에지(Edge) 및 익탕로(Runner)는 곡선 가공(curve cut), 이외에는 등매개변수형(iso-parametric) 가공경로를 적용하였다.
6축 다관절 로봇, 연장바(extension bar), 주축 스핀들(spindle), 절삭공구로 하드웨어를 구성하였다. 또한 주형 설계 및 모델링, 로봇 가공 프로그램 생성 및 시뮬레이션(OLP: off-line programming)을 수행하는 별도의 소프트웨어를 구현하였다. 참고로 Fig.
본 연구는 로봇을 이용하여 후란주형을 직접 가공하는 자동화 시스템을 구축하였다. 선박용 프로펠러 가공과 관련한 기존 연구로는 로봇을 활용한 프로펠러 사상 및 가공, (7,8) 다축 NC 가공(3~5축)의 공구자세 최적화(9~13) 등을 찾아볼 수 있으며, 후란 주형의 가공과 관련된 연구는 찾아보기 힘들다.
본 연구에서 구현한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템을 활용하여 가공데이터를 생성하고 실 가공을 수행하였다. Fig.
상하형 주형 모델을 생성하기 위해 프로펠러 곡면 상에 분할 경계인 분할선(parting line)을 생성하고, 분할선을 연장하여 분할면(parting surface)을 생성한다. 본 연구에서는 Fig. 10(a)에서 보이는 것과 같이 분할선을 생성하였는데, 필렛 곡면 위에서는 실루엣곡선(silhouette line(5))을 계산하였다.
본 연구에서는 Fig. 11에 보인 영역에 대해 4가지 절삭공구(Fig. 4)를 이용하여 후란 가공을 수행한다. 가공공정은 크게 황삭가공(rough-cut), 정삭가공(finish-cut), 잔삭가공(clean-up cut)으로 구분 하였으며, Fig.
본 연구에서는 후란주형 상하형(upper and lower mold) 형상 설계 및 가공 자동화를 위한 시스템을 개발하였으며, 본 시스템의 개발에 따른 후란주형 제작 방식의 차이점을 Fig. 2에 나타내었다. 기존 과정은 게이지 제작과 설치, 목형 제작, 조형 및 발형 과정을 거치는 반면[Fig.
상하형 주형 모델을 생성하기 위해 프로펠러 곡면 상에 분할 경계인 분할선(parting line)을 생성하고, 분할선을 연장하여 분할면(parting surface)을 생성한다. 본 연구에서는 Fig.
절삭가공 중 공구축(cutter-axis) 방향은 고정축(fixed-axis)와 변동축(variable-axis)로 구분하여 적용하였다. 고정축의 경우 공구축 벡터가 z축에 평행하거나(보스부위, 분할면, 다월), 일정한 고도 각(α)과 방위각(β)(6)을 가지는 경우(필렛부위), 또는 혼합형(황삭가공)으로 구분할 수 있다.
참고로 본 연구에서는 Z-Map 모델을 이용하여 Fig. 13의 방법을 구현하였으며, 가공 중 연장바 및 로봇 기구부와 작업물 간의 충돌검사를 실시 하였다.(7)
본 연구는 선박용 프로펠러 주물 생산을 위한 후란주형 설계 및 가공 시스템을 개발하고 적용하였다. 본 시스템 구축을 통하여, 목형제작과 설치에 필요한 비용 및 시간절약, 주형 설계 및 후란 피삭재 표준화를 통한 생산과정 표준화 및 관련 작업 간소화, 자동화된 가공을 통한 제작 정밀도 향상 등의 효과를 기대하게 되었다.
상하형 가공 후 합형 테스트 및 로봇을 이용한 가공면 좌표값 측정 테스트를 수행하였으며, 계측오차 및 가공여유를 고려하였을 때 문제가 없는 것으로 판단되었다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대형 선박용 프로펠러는 어떻게 제작되는가
대형 선박용 프로펠러는 일반적으로 상형 및 하형 주형(mold)을 이용한 주조(casting)를 통해 소재(workpiece)를 제작한다. Fig.
기존 후란주형 특징은?
기존 후란주형은 게이지로 목형을 설치하고 수작업을 통한 조형을 통해 제작됨으로써 상당한 소재여유(machining allowance)가 존재함으로써 기계가공 및 사상 공수가 증가한다. 또한 게이지 재단, 목형 제작, 조형 등 세부 공정이 많은 상황이다.
기존 후란주형의 문제점에 따라 본 논문에서 개발한 방식은?
기존 후란주형은 수작업을 통한 조형을 통해 제작되므로 세부 공정이 많아질뿐더러, 상당한 소재여유가 존재함으로써 기계가공 및 사상 공수가 증가한다. 이에 따라 후란주형의 제작 정밀도를 향상하고, 생산과정의 표준화 및 생산성 향상을 위해 설계 소프트웨어 및 6축 로봇을 이용한 후란주형 제작 시스템을 개발하였다.
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